JP2009215902A - 内燃機関の点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】点火コイルの発熱状態を把握して、適切な多重点火動作を可能にした点火装置を提供する。
【解決手段】一次コイルＬ１と二次コイルＬ２とが電磁結合された点火コイルＣＬと、一次コイルＬ１の電流を制御する点火制御回路ＩＧＮと、一次コイルの電流を検出する一次電流検出回路ＤＴ１とが一体化されて構成される。点火制御回路ＩＧＮは、一次電流検出回路ＤＴ１の出力信号に基づいて点火コイルＣＬの発熱状態を把握するコンピュータ回路ＭＣを有し、コンピュータ回路ＭＣは、点火コイルＣＬの発熱状態に対応して一次コイルの電流を制御可能な制御手段ＳＴ１０〜ＳＴ１１を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、多重点火動作が可能であって、点火コイルの発熱に拘わらず安定した点火動作を維持できる内燃機関の点火装置に関する。

内燃機関の各気筒において、一点火サイクル中に、混合気への点火動作を複数回実行する多重点火方式が知られている。多重点火方式では、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)から、一点火サイクル中に複数個の点火パルスが供給され、各点火パルスのＯＮ時に蓄積された一次コイルの充電エネルギーが、点火パルスのＯＦＦ時に放出されて、点火プラグの点火放電が実現される。

この多重放電方式では、一点火サイクル中に複数回の充電動作を繰り返すため、点火コイルの発熱が不可避的に増加するところ、ＥＣＵによる一方向の放電制御では、特に高負荷時に、点火コイルの発熱によって損失抵抗が増加して、充電エネルギーが不足するという問題がある（図６（ｂ）参照）。一方、低負荷時には、無駄なエネルギー充電が行われるという無駄も問題となる（図６（ｃ）参照）。

そこで、かかる問題点に関連して、点火コイルの動作状況をＥＣＵに帰還させる特許文献１に記載の発明が知られている。
特開２００１−０５０１４７号公報

この発明では、点火コイルを駆動する点火制御回路から、エンジン制御装置ＥＣＵに対して、点火コイルの一次電流が電流閾値を超えたことを示す検知信号を帰還させており、エンジン制御装置では、一点火サイクルにおける二回目以降の点火コイルのＯＮ／ＯＦＦ制御のＯＦＦタイミングを、点火制御回路から受けた検知信号に基づいて決定している。

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、ＯＦＦタイミングを規定する電流閾値が固定値とならざるを得ないので、高負荷時には、二回目以降の点火タイミングが遅れる一方、低負荷時には、二回目以降の点火タイミングが早まる傾向となり、最適な点火制御を実現できないという問題がある。

すなわち、多重点火方式では、単発点火方式より、点火コイルの損失抵抗での消費電力が増加するので、これに対応して損失抵抗の抵抗値が増加して、一次コイルの充電特性が緩慢となる（図３参照）。そのため、一次電流が電流閾値に達するまでのＯＮ時間が、点火コイルの発熱に対応して長引くことになり、その分だけ、高負荷時に点火タイミングが遅れる傾向となる。

なお、特許文献１に記載の構成の場合、点火コイルの損失抵抗が大きい場合や、点火コイルの放熱性能が不適切な場合には、点火コイルの発熱によってＯＮ時間が長引き、このことが点火コイルの更なる発熱の原因となって、遂にはシステムが熱暴走するおそれもある（図４参照）。ここで、一次コイルの電流値を制限する保護回路を設けることは一般的であるが、一次コイルの電流値を如何に制限しても、上記のような事態を回避することはできない。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、点火コイルの発熱状態を把握して、適切な多重点火動作を可能にした点火装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、一次コイルと二次コイルとが電磁結合された点火コイルと、前記一次コイルの電流を制御する点火制御回路と、前記一次コイルの電流を検出する一次電流検出回路とが一体化されて構成され、前記二次コイルの誘起電圧を受ける点火プラグに近接して配置される多重点火可能な点火装置であって、前記点火制御回路は、前記一次電流検出回路の出力信号に基づいて前記点火コイルの発熱状態を把握するコンピュータ回路を有し、前記コンピュータ回路は、前記点火コイルの発熱状態に対応して前記一次コイルの電流を制御可能な制御手段を有している。

本発明では、コンピュータ回路において、点火コイルの発熱状態が把握できるので、点火コイルの発熱によって損失抵抗が増加しても、これに対応して、一次コイルの通電時間や電流上限値を抑制することができ、それ以上の発熱を防止することができる。また、コンピュータ回路は、一次電流検出回路と一体化されて構成されるので、一次電流検出回路の出力信号をＥＣＵまで伝送する場合と比較して、配線長が短い分だけ、配線に重畳するノイズによる誤判定の可能性が大幅に低減される。このように、本発明はノイズの影響を受けにくいので、一次電流検出回路の出力信号の信号レベルを抑制することもでき、一次電流検出回路の電力損失を抑制できるだけでなく、点火コイルの発熱を抑制する上でも効果的である。

コンピュータ回路は、好ましくは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)から、一点火サイクル中に、第１と第２の点火パルスを受けて多重点火動作を実行している。この場合には、第２の点火パルスを受けた場合だけ多重点火動作を実行するのが効果的である。また、第１の点火パルスによって、一点火サイクル中における、一次コイルの一回目のＯＮ動作時間を規定するのが好ましく、この場合には、ＥＣＵが、各点火サイクルにおける点火プラグの最初の放電タイミングを決定できるので好適である。

一方、第２の点火パルスは、一点火サイクル中における、二回目以降の多重点火動作の許容区間を規定するのが好適である。この場合には、ＥＣＵに規定された許容区間の時間内で、コンピュータ回路の制御に基づいて、最適な多重点火動作を実行することができる。この点、ＥＣＵにおいて多重点火の動作タイミングを決定しようとしても、燃焼状態に応じて変化する点火コイルの動作状態に対応した安定した多重点火を実現することができない。

コンピュータ回路は、一点火サイクル中における、一次コイルの一回目のＯＮ動作に基づいて、一次コイルの二回目以降のＯＮ動作時の充電目標値である一次電流閾値を決定するのが好適である。簡易的には、一回目のＯＮ動作終了時の一次電流の値を一次電流閾値とすれば良い。もっとも、点火コイルが過熱されている場合には、一回目のＯＮ動作終了時の一次電流値より（過熱状態に対応した）適度に低い値が、一次電流閾値として採用される。

また、コンピュータ回路は、一点火サイクル中における、一次コイルの二回目以降、または三回目以降の充電開始タイミングを、二次コイルの電流に基づいて決定するのが簡易的である。この場合、一次コイルのＯＦＦ動作時に流れる二次コイル電流の二次電流閾値を設けておき、二次コイルの電流が二次電流閾値に達したタイミングで、一次コイルをＯＮ動作させるのが好適である。コンピュータ回路が、第１と第２の点火パルスをＥＣＵから受ける実施形態では、二次電流閾値は、第２の点火パルスを受けた瞬間の二次電流の値に決定するのが簡易的である。この場合には、三回目以降の一次コイルの充電開始タイミングが、二次電流閾値に基づいて決定される。

何れにしても、コンピュータ回路は、一点火サイクル中における、一次コイルの一回目のＯＮ動作に基づいて、点火コイルの発熱状態を把握するのが効果的である。例えば、ＯＮ動作時間終了時の一次コイルの電流値に基づいて、一次コイルの電流の立上り特性を把握することができ、この立上り特性から点火コイルの発熱状態を把握することができる。また、所定の電流基準値を設定しておき、その電流基準値に達するまでのＯＮ動作開始時からの経過時間によって、点火コイルの発熱状態を把握するのも好適である。

点火コイルの発熱状態を把握したコンピュータ回路は、点火コイルの発熱状態に対応して、一点火サイクル中における、それ以降の多重点火動作を決定する。例えば、発熱状態に対応して、二回目以降の一次コイルのＯＮ動作時間が抑制される。より具体的には、一次コイルのＯＮ動作時の充電目標値である一次電流閾値を、点火コイルの発熱状態に対応して決定し、一次電流閾値に達したタイミングで、一次コイルをＯＦＦ動作させるのが好適である。

一方、コンピュータ回路は、点火コイルの発熱状態に対応して、一点火サイクル中における一次コイルの二回目以降のＯＮ動作回数を抑制するのも好適である。なお、ＯＮ動作時間とＯＮ動作回数の双方を抑制するのも好ましい。

以上の通り、本発明によれば、点火コイルの発熱状態を把握して、適切な多重点火動作を実現することができる。

以下、本発明の一実施形態について詳細に説明する。図１は、多重点火可能な点火装置であって、点火プラグＰＧを駆動する点火コイルＣＬと一体化された点火制御回路ＩＧＮの回路構成を図示したものである。一体化された点火コイルＣＬ及び点火制御回路ＩＧＮは、点火コイルＣＬの誘起電圧を受ける点火プラグＰＧに近接して配置される。

図示の通り、点火制御回路ＩＧＮには、ＥＣＵから点火動作用の制御信号ＣＴＬを受ける入力端子ＩＮと、点火プラグＰＧの劣化を示す報知信号ＥＲＲをＥＣＵに出力する出力端子ＯＵＴと、バッテリ電圧Ｅを受ける電源端子ＢＴと、一次コイルＬ１に接続される第１端子１ＳＴと、二次コイルＬ２に接続される第２端子２ＮＤと、アースに接続されるグランド端子ＧＮＤとが設けられている。また、二次コイルＬ２は、逆方向電流を阻止するダイオードＤを経由して点火プラグＰＧに接続される。

点火制御回路ＩＧＮは、詳細には、一次コイルＬ１と二次コイルＬ２とからなる点火コイルＣＬと、一次コイルＬ１の電流をＯＮ／ＯＦＦ制御するトランジスタＱ１と、二次コイルＬ２の誘起電圧によって点火放電される点火プラグＰＧとを中心に構成されている。

一次コイルＬ１は、トランジスタＱ１のコレクタ端子とバッテリとの間に接続されて、バッテリ電圧Ｅを受けている。一方、二次コイルＬ２は、逆方向放電を阻止するダイオードＤと、点火プラグＰＧと、二次電流検出回路ＤＴ２とで、閉回路を構成している。そして、点火プラグＰＧの放電時には、ダイオードＤ→二次コイルＬ２→二次電流検出回路ＤＴ２の経路で放電電流が流れる。

二次電流検出回路ＤＴ２は、二次コイルＬ２とアースと間に接続された電流検出抵抗Ｒ６と、電流検出抵抗Ｒ６の両端電圧を受けるＴ型のローパスフィルタＦｉ２とで構成されている。図示の通り、ローパスフィルタＦｉ２は、直列接続された抵抗Ｒ７，Ｒ８と、抵抗Ｒ７，Ｒ８の接続点とアースとの間に接続されたコンデンサＣ２とで構成されている。そして、電流検出抵抗Ｒ６の両端電圧は、ローパスフィルタＦｉ２を経由してワンチップマイコンＭＣに供給されている。

トランジスタＱ１は、具体的にはＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)で構成され、そのエミッタ端子とアースとの間には、一次電流検出回路ＤＴ１が接続されている。一次電流検出回路ＤＴ１は、一次コイルＬ１とアースと間に接続された電流検出抵抗Ｒ１と、電流検出抵抗Ｒ１の両端電圧を受けるＴ型のローパスフィルタＦｉ１と、ＯＰアンプによる非反転増幅回路とで構成されている。

電流検出抵抗Ｒ１における電力損失を抑制するため、電流検出抵抗Ｒ１の抵抗値は、可能な限り低い方が望ましく、例えば、１０ｍΩ程度の抵抗値に設定される。電流検出抵抗Ｒ１の両端には、２つの抵抗Ｒ２，Ｒ３とコンデンサＣ１とでＴ型に接続されたローパスフィルタＦｉ１が接続され、ローパスフィルタＦｉ１の出力電圧は、ＯＰアンプＱ２の非反転入力端子（＋）に供給されている。

一方、ＯＰアンプＱ２の反転入力端子（−）とアースとの間には、入力抵抗Ｒ４が接続され、反転入力端子（−）と出力端子との間には、帰還抵抗Ｒ５が接続されている。したがって、ＯＰアンプＱ２は、増幅率（１＋Ｒ５／Ｒ４）の非反転増幅回路として機能する。

トランジスタＱ１のゲート端子には、駆動回路ＤＲが接続されており、駆動回路ＤＲは、ワンチップマイコンＭＣの制御に基づいてトランジスタＱ１をＯＮ／ＯＦＦ動作させている。ワンチップマイコンＭＣは、ＡＤコンバータを内蔵して構成され、点火コイルＣＬの一次電流に比例する信号電圧ｅ１と、点火コイルＣＬの二次電流に比例する信号電圧ｅ２とが、別々のＡＤコンバータに供給されている。また、ワンチップマイコンＭＣは、ＥＣＵから制御信号ＣＴＬを受ける入力ポートと、ＥＣＵに報知信号ＥＲＲを出力する出力ポートが内蔵されている。なお、ワンチップマイコンＭＣやＯＰアンプＱ２の電源電圧は、バッテリ電圧を降圧させる安定化電源回路ＲＧにおいて生成される。

ワンチップマイコンＭＣは、ＥＣＵから受ける制御信号ＣＴＬに基づいて、トランジスタＱ１をＯＮ／ＯＦＦ制御している。図１（ｂ）に示す通り、多重点火動作が実行されるべき点火サイクルでは、ＥＣＵからワンチップマイコンＭＣに、二個の点火パルスＳＧ１，ＳＧ２からなる制御信号ＣＴＬが供給される。ここで、一個目の点火パルスＳＧ１は、トランジスタＱ１の一回目のＯＮ動作時間を規定する制御信号であり、二個目の点火パルスＳＧ２は、二回目以降の多重点火動作の許容区間を規定する制御信号である。

そこで、一個目の点火パルスＳＧ１は、そのまま、ワンチップマイコンＭＣから駆動回路ＤＲに供給されて、トランジスタＱ１をＯＮ動作させる。ここで、一個目の点火パルスのパルス幅がＴであれば、一次コイルＬ１の一次電流ｉは、ゼロから開始して、遮断電流値＝Ｅ／ｒ＊（１−ｅｘｐ（−ｒ＊Ｔ／Ｌ１）に達したタイミングで遮断される。なお、一次電流ｉが遮断された時に二次コイルＬ２に誘起される高電圧によって点火プラグＰＧが放電する。前式において、Ｅはバッテリ電圧、ｒは点火コイルＣＬの一次側の全損失抵抗、Ｌ１は一次コイルのインダクタンス値、ｅｘｐは指数関数を意味する。

以上の通り、各点火サイクルにおける一回目の点火動作については、完全にＥＣＵの制御に基づいて実現される。したがって、ＥＣＵは、多数のセンサ信号に基づいて運転状態を把握しつつ、各運転状態に応じた最適なタイミングで、混合気の点火動作を実現することができる。

このようにして、一回目の点火動作が終わると、ワンチップマイコンＭＣは、一回目の遮断電流値＝Ｅ／ｒ＊（１−ｅｘｐ（−ｒ＊Ｔ／Ｌ１）を、その後の一次電流の原則的な電流閾値ＴＨ１に設定して、二回目以降の点火動作を制御する。すなわち、図１（ｃ）に示す通り、二回目以降にＯＮ動作したトランジスタＱ１は、一次電流が電流閾値ＴＨ１に達したタイミングでＯＦＦ動作するようワンチップマイコンＭＣによって制御される。

但し、点火コイルＣＬが過熱状態である場合には、ワンチップマイコンＭＣは、電流閾値ＴＨ１を上記の遮断電流値＝Ｅ／ｒ＊（１−ｅｘｐ（−ｒ＊Ｔ／Ｌ１）より低下させることで、二回目以降のＯＮ動作時間を短縮化する。点火コイルＣＬが過熱状態であるか否かは、トランジスタＱ１の一回目のＯＮ動作時間Ｔと、一回目の遮断電流値＝Ｅ／ｒ＊（１−ｅｘｐ（−ｒ＊Ｔ／Ｌ１）との比率から判定することもできるが、より正確には、所定の目標値Ｉ_０に達する迄の一次コイルＬ１の通電時間Ｔによって判定することができる。そこで、本実施形態では、後者の手法を採用することとし、一個目の点火パルスＳＧ１のＯＮ時に、一次電流検出回路ＤＴ１からの信号電圧ｅ１を監視することで、点火コイルＣＬの過熱の有無を判定している。

いずれにしても、一個目の点火パルスＳＧ１に基づくトランジスタＱ１のＯＮ動作が終わると、続いて、二個目の点火パルスＳＧ２の立上りタイミングで、トランジスタＱ１の二回目のＯＮ動作が開始される（図１（ｃ）参照）。また、このタイミングでは、二次電流検出回路ＤＴ２からの信号電圧ｅ２に基づいて、二次電流の電流閾値ＴＨ２が決定される（図１（ｄ）参照）。

そして、二個目の点火パルスＳＧ２の立上りタイミングに同期して開始されたトランジスタＱ１の二回目のＯＮ動作は、一次電流が電流閾値ＴＨ１に達したタイミングで停止される。すると、その後は、二次電流が負の電流初期値からゼロに向けて増加するが、その二次電流が電流閾値ＴＨ２に達したタイミングで、トランジスタＱ１の三回目のＯＮ動作が開始される。

以下、同様であり、一次電流が電流閾値ＴＨ１に達すると、ワンチップマイコンＭＣによって、トランジスタＱ１がＯＮ状態からＯＦＦ状態に制御され、その後、二次電流が電流閾値ＴＨ２に達すると、ワンチップマイコンＭＣによって、トランジスタＱ１がＯＦＦ状態からＯＮ状態に制御されて多重点火動作が実現される。このような多重点火動作を繰り返していると、やがて、二個目の点火パルスＳＧ２がＯＮ状態からＯＦＦ状態に戻るので、その後は点火動作が禁止される。

以上、点火コイルが過熱状態でない通常時について、図１（ｂ）〜（ｄ）に基づいて説明した。しかし、点火コイルが過熱状態となって場合には、先に説明した通り、電流閾値ＴＨ１を低下させることで点火コイルのそれ以上の発熱を抑制する。その抑制制御の重要性を説明するため、以下、念のため、点火コイルＣＬの発熱と信号電圧ｅ１との関係を説明する。

今、トランジスタＱ１がｔ＝０の瞬間にＯＮ動作して、一次コイルＬ１への充電電流ｉが０から増加する場合を想定する。このようなコイル充電動作時には、点火プラグＰＧが放電していないので、二次コイルＬ２の二次電流を無視することができ、バッテリ電圧をＥとして、下記の回路方程式が成立する。Ｅ＝Ｌ１＊ｄｉ／ｄｔ＋ｒ＊ｉ・・・・（式１）
なお、式１において、ｒは、一次コイルＬ１の損失抵抗と、検出抵抗Ｒ１などの総和であるが、Ｒ１≒０であることから、ほぼｒ＝一次コイルの損失抵抗であると考えてよい。そして、式１を解くと、一次コイルＬ１の充電電流ｉは、
ｉ＝Ｅ／ｒ＊（１−ｅｘｐ（−ｒ＊ｔ／Ｌ１）・・・（式２）と与えられる。

式２から明らかな通り、充電電流ｉの立上りは、一次コイルＬ１のインダクタンス値と、損失抵抗ｒとに密接に関係している。ここで、一次コイルＬ１のインダクタンスが、負の温度係数を持つのに対して、一次コイルＬ１の損失抵抗≒ｒは、正の温度係数を持っている。そのため、多重点火を繰り返すことによって、点火コイルＣＬが過熱状態となると、ｒ／Ｌの値が増加するものの、一次コイルＬ１の飽和電流Ｅ／ｒが大きく減少するので、図３に示す通り、充電電流ｉの立上り特性が緩慢となる。

ここで、充電電流ｉが０から、特定の目標電流Ｉ_０まで増加するに要する通電時間Ｔは、Ｔ＝Ｌ／ｒ＊Ｌｎ（Ｅ／（Ｅ−ｒ＊Ｉ_０））・・・（式３）で与えられるので、点火コイルＣＬが発熱するほど、目標電流Ｉ_０に達するまでの通電時間Ｔが増加することになる（図３）。なお、Ｌｎは、自然定数ｅを底としたログ記号である。

また、ｔ＝０からｔ＝Ｔまでの損失抵抗ｒにおける消費電力量Ｐ［Ｊ］＝∫［ｉ^２＊ｒ］ｄｔを計算すると、
Ｐ＝Ｅ^２＊Ｌ／ｒ^２＊Ｌｎ（Ｅ／（Ｅ−ｒ＊Ｉ_０））−Ｅ＊Ｌ＊Ｉ_０／ｒ−Ｌ＊Ｉ_０ ^２／２・・・（式４）となる。

式４において、第１項は、損失抵抗ｒの増加に対応して増加し、第２項は損失抵抗ｒの増加に対応して減少し、第３項は固定値である。そのため、消費電力量Ｐ［Ｊ］は、図４に示すように、横軸に示す損失抵抗ｒの増加と共に増加する。したがって、点火コイルＣＬの発熱によって、一次コイルＬ１の損失抵抗ｒが増加すると、増加した消費電力量Ｐ［Ｊ］の分だけ、一次コイルＬ１の発熱が加速されることになり、もし一次電流の電流閾値ＴＨ１（＝目標電流Ｉ_０）を固定化すると、過熱の正帰還ループが形成されることになる。

そこで、本実施形態では、所定の基準電流Ｉ_Ｓを設定し、その基準電流Ｉ_Ｓに達するまでの通電時間Ｔ_Ｓを常に把握し、各点火サイクルにおける一回目の点火パルスの通電時間Ｔ_Ｓが、通電閾値Ｔ_ＴＨを超えるか否かによって、点火コイルＣＬが過熱状態か否かを判定している。具体的には、ワンチップマイコンＭＣは、フィルタ回路Ｆｉ１と非反転増幅回路Ｑ２とを経由して、検出抵抗Ｒ１の両端電圧である信号電圧ｅ１＝Ｒ１＊ｉを受け、その信号電圧ｅ１が、所定レベルＲ１＊Ｉ_Ｓに達するまでの通電時間Ｔ_Ｓに基づいて点火コイルＣＬの過熱状態を判定している。

そして、通電時間Ｔ_Ｓが通電閾値Ｔ_ＴＨを超える過熱状態では、多重点火動作における二回目以降の点火パルスの個数やパルス幅を減少させている。そして、このような抑制動作によって過熱状態が解消されると、再び、初期設定通りの多重点火動作を再開する。

いずれにしても、本実施形態では、基本的には、点火プラグＰＧを多重点火するので、点火プラグＰＧは、点火タイミング毎に複数回放電する。そのため、内燃機関内の混合気が不均一であっても確実に燃焼が維持され、リーン燃焼やＥＧＲ制御による燃費向上を実現することができる。一方、本実施形態では、点火コイルＣＬが異常に発熱した場合には、多重点火動作を抑制するので、それ以上の発熱を防止することができ、要するに、無駄な電力消費や点火プラグＰＧの劣化を抑制できる。

なお、式２や式４から確認される通り、点火コイルＣＬが過熱されて損失抵抗ｒが増加すると、目標電流Ｉ_０に至るまでの通電時間Ｔが増加し（図３参照）、消費電力も増加するので（図４参照）、この状態が継続すると、点火コイルＣＬが焼損するおそれがある。

ところで、本実施形態では、基本的には、多重点火動作を採用し、点火タイミング毎に点火プラグＰＧが複数回放電するので、その分だけ点火プラグＰＧの劣化が避けられないという問題がある。ここで、点火プラグＰＧが放電しない場合を想定すると、一次電流遮断時の二次コイルＬ２の誘起電圧は、電流遮断時の一次電流値に対応した値、つまり、一次電流ｉ_１の時間微分値（ｄｉ_１／ｄｔ）に比例した値となる筈である。なお、本実施形態では、この二次誘起電圧が、例えば３０ＫＶ程度になるよう設計されている。もっとも、点火プラグＰＧが正常であれば、それより十分低い電圧で放電を開始し、放電開始時の誘起電圧Ｅ２は、実際には、例えば１ｋＶ程度となる。一方、点火プラグＰＧが劣化してプラグ間ギャップが増加すると、この放電開始時の誘起電圧Ｅ２は、その分だけ上昇する。

したがって、純理論的に割り切ると、点火プラグＰＧの劣化は、図５に示すように、放電開始時の二次コイルＬ２の誘起電圧Ｅ２や、初期電流値Ｅ２／ｒ２から検出できるとも考えられる。しかし、本発明者の研究によれば、実際には、(1)二次電流ｉ_２の初期値（二次電流ピーク値Ｉ_２）は、その瞬間の一次電流ｉ_１（一次電流ピーク値Ｉ_１）に対応すること、(2)したがって、二次電流ピーク値Ｉ_２は、点火プラグの劣化状態とは殆ど無関係であること、(3)一方、二次電流の放電特性は、点火プラグの劣化状態と密接に関係していること、(4)具体的には、点火プラグが劣化するほど、二次電流ｉ_２が素早く放電することが確認された。

したがって、本実施形態では、この知見に基づき二次電流ｉ_２の放電曲線に基づいて点火プラグの劣化を判定するべく、二次電流検出回路ＤＴ２を設けている。すなわち、図１に示す通り、本実施形態では、ワンチップマイコンＭＣが、フィルタ回路Ｆｉ２を経由して、検出抵抗Ｒ６の両端電圧である信号電圧ｅ２＝Ｒ６＊ｉ２を受けるよう構成され、その信号電圧ｅ２の推移に基づいて点火プラグＰＧの劣化状態を判定している。そして、この判定結果は、ＥＣＵに通知されるので、劣化異常の通知を受けたＥＣＵでは、エラー報知などの対応処理を採ることができる。

以上、本実施形態の原理説明を終えたので、最後に、図２に基づいて、ワンチップマイコンＭＣの具体的な動作内容を説明する。図２は、内燃機関の運転時におけるワンチップマイコンの定常的な動作内容を示すフローチャートである。

先ず、ワンチップマイコンＭＣは、内蔵された入力ポートをアクセスして、ＥＣＵが制御信号ＣＴＬを出力しているか否かを判定する（ＳＴ１）。そして、制御信号ＣＴＬの立上りエッジが検出される場合には（ＳＴ２がＹｅｓ）、判定フラグＦＧが０か１かを判定する（ＳＴ３）。ここで、判定フラグＦＧは、一個目の点火パルスＳＧ１による点火動作中（ＦＧ＝１）か、二個目の点火パルスＳＧ２による点火動作中（ＦＧ＝２）か、未だ、点火制御動作を開始していないか（ＦＧ＝０）を区別するためのフラグである。

そこで、判定フラグＦＧが０である場合には、今が、一個目の点火パルスＳＧ１の立上りタイミングであると判定できるので、トランジスタＱ１をＯＮ駆動して判定フラグＦＧを１に設定する（ＳＴ４）。一方、判定フラグＦＧが１である場合には、今が、二個目の点火パルスＳＧ２の立上りタイミングであると判定できるので、トランジスタＱ１をＯＮ駆動して判定フラグＦＧを２に設定する（ＳＴ５）。また、この瞬間の二次電流検出回路ＤＴ２からの信号電圧ｅ２に基づいて、その後の二次電流の閾値ＴＨ２（図１（ｄ）参照）を決定する（ＳＴ６）。なお、判定フラグＦＧの値が２であるなど、０でも１でもない場合は、エラー状態であるので何もしない。

ところで、ステップＳＴ２の判定がＮｏの場合には、次に、制御信号ＣＴＬの立下りエッジが検出されたか否かが判定され（ＳＴ７）、制御信号ＣＴＬの立下りエッジが検出された場合には、判定フラグＦＧが１か２かを判定する（ＳＴ８）。ここで、判定フラグＦＧ＝１の場合には、今が、一個目の点火パルスＳＧ１の立下りタイミングであると考えられるので、トランジスタＱ１をＯＦＦ駆動する（ＳＴ９）。

また、点火コイルＣＬが過熱状態でないか判定すると共に、点火プラグＰＧが劣化していないかを判定する（ＳＴ１０）。先に説明した通り、過熱状態か否かの判定は、一個目の点火パルスＳＧ１のＯＮ時に、一次電流が基準電流ＩＳに達するまでの通電時間ＴＳを計測し、計測された通電時間ＴＳを、通電閾値Ｔ_ＴＨと比較することで実行される。また、点火プラグＰＧが劣化していることは、このタイミングにおける二次電流検出回路ＤＴ２からの信号電圧ｅ２（＝Ｅ２／ｒ２＊Ｒ６）に基づいて判定される。

続いて、その後の一次電流の電流閾値ＴＨ１（図１（ｃ）参照）を決定する（ＳＴ１１）。点火コイルＣＬが過熱状態でない場合には、このタイミングにおける一次電流検出回路ＤＴ１からの信号電圧ｅ１に基づいて、電流閾値ＴＨ１が決定されるが、過熱状態である場合には、電流閾値ＴＨ１を降下補正した値が採用される。

一方、ステップＳＴ８の処理において、判定フラグＦＧ＝２と判定された場合には、今が、二個目の点火パルスＳＧ２の立下りタイミングであると考えられるので、トランジスタＱ１をＯＦＦ駆動すると共に、判定フラグＦＧを０に設定する（ＳＴ１２）。

以上説明した何れかの処理が完了すると、判定フラグＦＧが２であるか否かが判定される（ＳＴ１３）。これは、このタイミングが、二個目の点火パルスＳＧ２のＯＮ時であって、ワンチップマイコンＭＣによる多重点火動作時であるか否かを判定するためである。そして、判定フラグＦＧ＝２の場合には（ＳＴ１３がＹｅｓ）、一次電流検出回路ＤＴ１からの信号電圧ｅ１に基づいて、一次電流が電流閾値ＴＨ１に達したか否かが判定され（ＳＴ１４）、電流閾値ＴＨ１に達した場合には、トランジスタＱ１をＯＦＦ駆動する（ＳＴ１５）。

逆に、一次電流が電流閾値ＴＨ１に達していない場合には、二次電流が電流閾値ＴＨ２に達したか否かが判定され（ＳＴ１６）、電流閾値ＴＨ２に達した場合には、トランジスタＱ１をＯＮ駆動する（ＳＴ１７）。このようなステップＳＴ１３〜ＳＴ１７の処理によってワンチップマイコンＭＣ独自の制御による多重点火動作が実現される。

そして、多重点火動作を継続していると、やがて、二個目の点火パルスＳＧ２の立下りエッジが検出されるので（ＳＴ７がＹｅｓ）、この場合には、その時のトランジスタＱ１のＯＮ／ＯＦＦ状態に拘わらず、トランジスタＱ１が強制的にＯＦＦ駆動されて、今回の点火サイクルの処理が終わる（ＳＴ１２）。

以上、図２に基づいてワンチップマイコンＭＣの動作内容を詳細に説明したが、具体的な記載内容は、特に本発明を限定するものではない。例えば、点火コイルＣＬの過熱状態が検出された場合には、その後の電流閾値ＴＨ１を抑制する制御に代えて、或いは、この制御に加えて、点火回数を抑制するのも好適である。また、報知信号ＥＲＲについては、必ずしも、ＥＣＵに伝送する必要はない。

実施形態に係る点火装置を示す回路図である。 図１のワンチップマイコンの動作を示すフローチャートである。 点火コイルの一次電流の変化を示すタイムチャートである。 点火コイルの発熱によって損失電力が増加することを示す図面である。 点火コイルの二次電流の変化を示すタイムチャートである。 従来技術の問題点を説明するタイムチャートである。

符号の説明

Ｌ１ 一次コイル
Ｌ２ 二次コイル
ＣＬ 点火コイル
ＩＧＮ 点火制御回路
ＤＴ１ 一次電流検出回路
ＭＣ コンピュータ回路
ＳＴ１０〜ＳＴ１１ 制御手段

Claims (9)

1. 一次コイルと二次コイルとが電磁結合された点火コイルと、前記一次コイルの電流を制御する点火制御回路と、前記一次コイルの電流を検出する一次電流検出回路とが一体化されて構成され、前記二次コイルの誘起電圧を受ける点火プラグに近接して配置される多重点火可能な点火装置であって、
   前記点火制御回路は、前記一次電流検出回路の出力信号に基づいて前記点火コイルの発熱状態を把握するコンピュータ回路を有し、前記コンピュータ回路は、前記点火コイルの発熱状態に対応して前記一次コイルの電流を制御可能な制御手段を有して構成されていることを特徴とする内燃機関の点火装置。
2. 前記コンピュータ回路は、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)から、一点火サイクル中に、第１と第２の点火パルスを受けて多重点火動作を実行している請求項１に記載の点火装置。
3. 前記第１の点火パルスは、一点火サイクル中における、前記一次コイルの一回目のＯＮ動作時間を規定している請求項２に記載の点火装置。
4. 前記第２の点火パルスは、一点火サイクル中における、二回目以降の多重点火動作の許容区間を規定している請求項２又は３に記載の点火装置。
5. 前記コンピュータ回路は、一点火サイクル中における、前記一次コイルの一回目のＯＮ動作に基づいて、前記一次コイルの二回目以降のＯＮ動作時の充電目標値である一次電流閾値を決定している請求項１〜４の何れかに記載の点火装置。
6. 前記コンピュータ回路は、一点火サイクル中における、前記一次コイルの二回目以降、または三回目以降の充電開始タイミングを、前記二次コイルの電流に基づいて決定している請求項１〜５の何れかに記載の点火装置。
7. 前記コンピュータ回路は、一点火サイクル中における、前記一次コイルの一回目のＯＮ動作に基づいて、前記点火コイルの発熱状態を把握している請求項１〜６の何れかに記載の点火装置。
8. 前記コンピュータ回路は、前記点火コイルの発熱状態に対応して、一点火サイクル中における、前記一次コイルの二回目以降のＯＮ動作時間又はＯＮ動作回数を抑制している請求項１〜７の何れかに記載の点火装置。
9. 前記二次コイルの電流を検出する二次電流検出回路を更に有し、
   前記二次電流検出回路は、前記点火コイル、前記点火制御回路、及び前記一次電流検出回路と共に一体化されて構成されている請求項１〜８の何れかに記載の点火装置。

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